Изображение предоставлено: ESO
29 марта 2003 г. NASA High Energy Transient Explorer обнаружил яркий всплеск гамма-излучения, и вскоре после этого телескопы со всего мира сфокусировались на объекте; теперь называется GRB 030329 и находится на расстоянии 2,6 миллиарда световых лет. Измеряя послесвечение взрыва, астрономы поняли, что он соответствует спектру сверхновой - взрывов очень больших звезд, по крайней мере, в 25 раз больше, чем наше собственное Солнце. Сопоставляя спектры, астрономы имеют убедительные доказательства того, что существует некоторая связь между гамма-всплесками и взрывами очень больших звезд.
Очень яркий всплеск гамма-излучения наблюдался 29 марта 2003 г. высокоэнергетическим переходным исследователем НАСА (HETE-II) в области неба в созвездии Льва.
В течение 90 минут новый, очень яркий источник света («оптическое послесвечение») был обнаружен в том же направлении с помощью 40-дюймового телескопа в Обсерватории Сайдинг-Спринг (Австралия), а также в Японии. Гамма-всплеск был обозначен GRB 030329, согласно дате.
И в течение 24 часов первый, очень детальный спектр этого нового объекта был получен высокодисперсионным спектрографом UVES на 8,2-метровом телескопе VLT KUEYEN в Парано-обсерватории ESO (Чили). Это позволило определить расстояние как около 2650 миллионов световых лет (красное смещение 0,1685).
Непрерывные наблюдения с использованием многомодовых приборов FORS1 и FORS2 на VLT в течение следующего месяца позволили международной команде астрономов [1] документировать беспрецедентные подробности изменений в спектре оптического послесвечения этого гамма-всплеска. Их подробный отчет опубликован 19 июня в журнале «Природа».
Спектры показывают постепенное и четкое появление спектра сверхновых наиболее известного класса энергий - гиперновой. Это вызвано взрывом очень тяжелой звезды - предположительно в 25 раз тяжелее Солнца. Измеренная скорость расширения (более 30000 км / с) и полная выделенная энергия были исключительно высокими даже в пределах класса электронных сверхновых.
По сравнению с более близлежащими гиперновыми астрономы могут с высокой точностью зафиксировать момент звездного взрыва. Оказывается, в интервале плюс / минус два дня после гамма-всплеска. Этот уникальный вывод дает убедительные доказательства того, что два события напрямую связаны.
Следовательно, эти наблюдения указывают на общий физический процесс, вызвавший взрыв сверхновой и связанное с этим излучение сильного гамма-излучения. Группа пришла к выводу, что это, вероятно, связано с почти мгновенным несимметричным коллапсом внутренней области высокоразвитой звезды (известной как «коллапсарная» модель).
Гамма-всплеск 29 марта перейдет в анналы астрофизики как редкое «событие, определяющее тип», что станет убедительным доказательством прямой связи между космологическими гамма-всплесками и взрывами очень массивных звезд.
Что такое гамма-всплески?
Одной из наиболее активных в настоящее время областей астрофизики является изучение драматических событий, известных как «гамма-всплески (гамма-всплески)». Впервые они были обнаружены в конце 1960-х годов чувствительными приборами на орбитальных военных спутниках, запущенными для наблюдения и обнаружения ядерных испытаний. Эти короткие вспышки энергетического гамма-излучения, возникающие не на Земле, а далеко в космосе, длятся от секунды до нескольких минут.
Несмотря на значительные усилия по наблюдению, только в течение последних шести лет стало возможным с некоторой точностью определить места некоторых из этих событий. С неоценимой помощью сравнительно точных позиционных наблюдений соответствующего рентгеновского излучения различными рентгеновскими спутниковыми обсерваториями с начала 1997 года астрономы до сих пор идентифицировали около пятидесяти короткоживущих источников оптического света, связанных с гамма-всплесками («оптические послесвечения»). ).
Было обнаружено, что большинство гамма-всплесков расположены на очень больших («космологических») расстояниях. Это подразумевает, что энергия, выделяемая за несколько секунд во время такого события, больше, чем энергия Солнца в течение всей его жизни, превышающей 10 000 миллионов лет. GRB действительно самые мощные события со времен Большого взрыва, известного во Вселенной, ср. ESO PR 08/99 и ESO PR 20/00.
В последние годы появились косвенные доказательства того, что GRB сигнализируют о коллапсе массивных звезд. Первоначально это было основано на вероятной связи одного необычного гамма-всплеска со сверхновой («SN 1998bw», также обнаруженный с помощью телескопов ESO, см. ESO PR 15/98). С тех пор появилось больше подсказок, включая ассоциацию GRB с областями массивного звездообразования в далеких галактиках, дразнящее свидетельство «выпуклостей», напоминающих сверхновые, на оптических послесвечениях некоторых более ранних вспышек, и спектральные сигнатуры от недавно синтезированных элементов , наблюдаемый рентгеновскими обсерваториями.
VLT наблюдения GRB 030329
29 марта 2003 г. (ровно в 11: 37: 14.67 UT) Исследователь переходных процессов высокой энергии НАСА (HETE-II) обнаружил очень яркий гамма-всплеск. После идентификации «оптического послесвечения» с помощью 40-дюймового телескопа в Обсерватории Сайдинг-Спринг (Австралия) красное смещение вспышки [3] было определено как 0,1685 с помощью спектра высокой дисперсии, полученного с помощью спектрографа UVES на 8,2-метровый телескоп VLT KUEYEN в обсерватории ESO Paranal (Чили).
Соответствующее расстояние составляет около 2650 миллионов световых лет. Это самый близкий нормальный GRB из когда-либо обнаруженных, поэтому он предоставляет долгожданную возможность проверить многие гипотезы и модели, которые были предложены после открытия первых GRB в конце 1960-х годов.
С этой конкретной целью команда астрономов, возглавляющая ESO [1], теперь обратилась к двум другим мощным инструментам на очень большом телескопе ESO - многомодовой камере / спектрографам FORS1 и FORS2. В течение одного месяца, до 1 мая 2003 года, спектры исчезающего объекта были получены с регулярной скоростью, обеспечивая уникальный набор данных наблюдений, который документирует физические изменения в удаленном объекте в непревзойденных деталях.
Гиперновая связь
Основываясь на тщательном изучении этих спектров, астрономы теперь представляют свою интерпретацию события GRB 030329 в исследовательской статье, опубликованной в международном журнале «Природа» в четверг, 19 июня. Под прозаическим названием «Очень энергичная сверхновая, связанная с гамма-всплеск 29 марта 2003 г. », не менее 27 авторов из 17 исследовательских институтов, возглавляемых датским астрономом Йенсом Хьортом, пришли к выводу, что в настоящее время имеются неопровержимые доказательства прямой связи между гамма-всплеском и взрывом« сверхновой »очень массивная, высоко развитая звезда.
Это основано на постепенном «появлении» со временем спектра типа сверхновой, обнаруживая чрезвычайно сильный взрыв звезды. При скоростях, значительно превышающих 30000 км / с (то есть более 10% скорости света), выброшенный материал движется с рекордной скоростью, что свидетельствует об огромной мощности взрыва.
Гиперновые звезды являются редкими событиями, и они, вероятно, вызваны взрывом звезд так называемого типа «Вольф-Райет» [4]. Эти WR-звезды были первоначально сформированы с массой выше 25 солнечных масс и состояли в основном из водорода. Теперь в их WR-фазе, лишившись своих внешних слоев, они почти полностью состоят из гелия, кислорода и более тяжелых элементов, полученных в результате интенсивного ядерного горения в течение предыдущей фазы их короткой жизни.
«Мы долго ждали этого, - говорит Йенс Хьорт, - этот GRB действительно дал нам недостающую информацию. Из этих очень подробных спектров мы можем теперь подтвердить, что этот всплеск и, возможно, другие длинные гамма-всплески создаются в результате коллапса ядра массивных звезд. Большинство других ведущих теорий сейчас маловероятны ».
«Событие, определяющее тип»
Его коллега, астроном ESO Палле Мюллер, в равной степени доволен: «Поначалу нас по-настоящему поразил тот факт, что мы четко обнаружили сигнатуры сверхновых уже в первом спектре FORS, снятом всего через четыре дня после первого наблюдения GRB - мы не ожидали этого вообще. По мере того, как мы получали все больше и больше данных, мы поняли, что эволюция спектра была почти полностью идентична эволюции гиперновой, наблюдавшейся в 1998 году. Сходство этих двух тогда позволило нам установить очень точную синхронизацию нынешнего события сверхновой ».
Астрономы определили, что взрыв гиперновой (обозначенный SN 2003dh [2]), задокументированный в спектрах VLT, и GRB-событие, наблюдаемое HETE-II, должны были произойти почти в одно и то же время. При условии дальнейшего уточнения разница составляет не более 2 дней, и поэтому нет никаких сомнений в том, что они причинно связаны.
«Supernova 1998bw возбудил наш аппетит, но потребовалось еще 5 лет, чтобы мы могли с уверенностью сказать, что мы нашли дымящийся пистолет, который прибил ассоциацию между GRBs и SNe», добавляет Крисса Кувелиоту из НАСА. «GRB 030329 вполне может оказаться своего рода« недостающим звеном »для GRB».
В заключение, GRB 030329 был редким «определяющим тип» событием, которое будет зафиксировано как переломный момент в астрофизике высоких энергий.
Что на самом деле произошло 29 марта (или 2650 миллионов лет назад)?
Вот полная история о GRB 030329, как ее теперь читают астрономы.
За тысячи лет до этого взрыва очень массивная звезда, на которой заканчивалось водородное топливо, потеряла большую часть своей внешней оболочки, превратившись в голубоватую звезду Вольфа-Райе [3]. Остатки звезды содержали около 10 солнечных масс гелия, кислорода и более тяжелых элементов.
За несколько лет до взрыва звезда Вольфа-Райе быстро истощила оставшееся топливо. В какой-то момент это внезапно вызвало событие гиперновой / гамма-всплеска. Ядро рухнуло, без ведома внешней части звезды. Внутри образовалась черная дыра, окруженная диском аккрецирующего вещества. Через несколько секунд из этой черной дыры вырвалась струя вещества.
Струя прошла через внешнюю оболочку звезды и в сочетании с сильными ветрами вновь образовавшегося радиоактивного никеля-56, сдувающего диск внутри, разрушила звезду. Это разрушительное, сверхновая, ярко сияет из-за присутствия никеля. Тем временем струя врезалась в материал в окрестности звезды и создала гамма-всплеск, который был зарегистрирован примерно 2650 млн лет спустя астрономами на Земле. Детальный механизм производства гамма-лучей все еще остается предметом дискуссий, но он либо связан с взаимодействиями между струей и веществом, ранее выброшенным из звезды, либо с внутренними столкновениями внутри самой струи.
Этот сценарий представляет собой модель «коллапсара», представленную американским астрономом Стэном Вусли (Университет Калифорнии, Санта-Крус) в 1993 году и членом нынешней команды, и лучше всего объясняет наблюдения GRB 030329.
«Это не означает, что тайна гамма-всплеска теперь разгадана», - говорит Вузли. «Мы уверены, что длинные всплески связаны с коллапсом ядра и гиперновой, что может создать черную дыру. Мы убедили большинство скептиков. Однако мы пока не можем прийти к какому-либо заключению о причинах коротких гамма-всплесков продолжительностью менее двух секунд ».
Источник: ESO News Release
